生活垃圾焚燒系統(tǒng)設計方案前言

生活垃圾焚燒系統(tǒng)設計方案前言1.1選題背景目前全國600多座城市中約有三分之二的城市陷入垃圾圍城的困境。中國僅“城市垃圾”的年產(chǎn)量就近1.7億噸，這些城市垃圾絕大部分是露天堆放。隨著城市人口的增長、經(jīng)濟的發(fā)展和居民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾產(chǎn)生量逐年迅速增長。它不僅影響城市景觀，同時污染了大氣、水和土壤，對城鎮(zhèn)居民的健康構成威脅，垃圾已成為城市發(fā)展中的棘手問題。垃圾不僅造成公害，更是資源的巨大浪費[1]。由于垃圾焚燒法可以快速減容且回收部分能源，自80年代起在美國、日本等發(fā)達國家就開始應用并實現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電，目前已發(fā)展成為一門新興的產(chǎn)業(yè)，美國從80年代起，政府投資70億美元，興建90座焚燒廠，年總處理能力3000萬噸，全美最大的垃圾焚燒發(fā)電廠正在底特律市興建，日處理垃圾量為4000噸，發(fā)電總裝65MW。德國有十多家垃圾熱電站，比利時、法國等國也都建有垃圾焚燒發(fā)電廠[2]。我國城市生活垃圾焚燒事業(yè)起步較晚，源于20世紀80年代，真正起步于九十年代初，同國外發(fā)達國家相比，雖然受技術、經(jīng)濟、垃圾性質(zhì)等因素的影響，但發(fā)展卻非常迅速。目前全國主要城市均已建設了生活垃圾焚燒處理廠。許多小城鎮(zhèn)、醫(yī)院等，也建有相應的固體廢物焚燒處理設施[3]。2011年全國生活垃圾無害化處理率力爭達到74%，全國城市生活垃圾累積堆存量已達70億噸，占地約80多萬畝?！笆晃濉逼陂g規(guī)劃新增生活垃圾無害化處理能力32萬噸/日，其中城市為25.3萬噸/日，縣城為6.7萬噸/日。截止2008年底，全國共建設生活垃圾焚燒廠100座,其中建成56座，在建44座，超過70%的生活焚燒廠集中在我國經(jīng)濟最為發(fā)達的東部地區(qū)，廣東、浙江、江蘇和4個直轄市位居前四位，四地合計占全國生活垃圾焚燒處理總量的近六成，80%以上的生活垃圾焚燒廠是在2003～2008年建設的。北京市年產(chǎn)垃圾量672萬噸，每天的產(chǎn)量是1.84萬噸，每年垃圾的平均增長比例是8%。北京現(xiàn)有垃圾處理設施23座，處理能力1.04萬噸/日，但是現(xiàn)在的處理量已經(jīng)達到1.74萬噸/日。1.2研究意義垃圾焚燒處理的目的在于最大限度地減少垃圾對環(huán)境的污染，改善目前存在的填埋處理需占用大量土地的現(xiàn)狀，對垃圾采取焚燒處理可以實現(xiàn)垃圾的無害化、減量化和資源化三大目標，代表著今后處理大量城市生活垃圾的發(fā)展趨勢。固體廢物無害化處理的基本任務是將固體廢物通過工程處理，達到不污染周圍自然環(huán)境和不危害人體健康的目的。固體廢物減量化的任務是通過適宜的手段減小固體廢物的數(shù)量和容積，一是單純通過處理和利用對已經(jīng)生成的固體廢物進行減量，二是通過產(chǎn)品設計和銷售過程的規(guī)范，將“減量化”延伸到固體廢物產(chǎn)生源的控制與管理上。固體廢物資源化的任務是采取工藝措施從固體廢物中回收有用的物質(zhì)和能源，貫穿固體廢物的產(chǎn)生、收集、運輸和處理處置的每一個環(huán)節(jié)[1,5]。1.3垃圾焚燒的發(fā)展及焚燒技術應用1.3.1垃圾焚燒的發(fā)展現(xiàn)狀對生活垃圾和危險廢物進行焚燒處理，始于19世紀中后期。19世紀以后，英國、美國、法國、德國等國家，先后開展了大量有關垃圾焚燒的研究和試驗，并相繼建成了一批用于處理生活垃圾的焚燒爐，這些焚燒爐設備簡陋，沒有煙氣凈化處理設施，基本采用間歇操作、人工加料和人工排渣等，焚燒效率低，殘渣量大。進入20世紀以來，垃圾焚燒技術有了新的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了機械化操作的連續(xù)垃圾焚燒爐，且設置了必要的旋風除塵等煙氣凈化處理裝置；到了20世紀60年代，世界發(fā)達國家的垃圾焚燒技術已初具現(xiàn)代化，出現(xiàn)了連續(xù)運行的大型機械化爐排并由機械除塵、靜電收塵和洗滌等技術構成的較高效率的煙氣凈化系統(tǒng)。特別是在70至90年代，固體廢物焚燒技術得到空前的快速發(fā)展和廣泛應用，生活垃圾和危險廢物焚燒技術日趨完善，移動式機械爐排焚燒爐已成為應用最多的主流爐型[4,5]。1.3.2國外垃圾焚燒技術應用現(xiàn)狀2006年統(tǒng)計，全世界共有生活垃圾焚燒廠近2200座，其中生活垃圾焚燒發(fā)電廠約1000座，總焚燒處理能力為62.1萬噸/日，年焚燒生活垃圾總量約為1.65億噸。生活垃圾焚燒廠主要分布于發(fā)達國家和地區(qū)，共有35個國家和地區(qū)建有生活垃圾焚燒廠。按生活垃圾年焚燒處理能力分析，歐盟19個國家共建有焚燒廠425座，年處理能力約為6360萬噸，占38%；日本共建有焚燒廠1374座，年處理能力約為4030萬噸，占24%；美國共建有焚燒廠143座，年處理能力約為314萬噸，占19%；東亞部分地區(qū)（中國、中國臺灣、韓國、新加坡、泰國等）共建有焚燒廠160座，年處理能力約為2400萬噸，占15%；其它地區(qū)（俄羅斯、烏克蘭、加拿大、巴西、摩納哥等）共建有焚燒廠30座，年處理能力約為600萬噸，占4%。日本是世界上垃圾焚燒技術起步最早、最為成熟的國家，它的焚燒爐數(shù)量居世界第一。1998年日本共建有生活垃圾焚燒廠1676座，年焚燒處理能力約為3760萬噸，占76.1%，到2004年日本的生活垃圾焚燒廠為1374座，年焚燒處理能力約為4030萬噸，占77.4%，這6年間(1998～2004)焚燒廠數(shù)量減少了302座，降幅為22%，同期焚燒處理量增長了270萬噸，增幅為7.2%。焚燒廠的數(shù)量減少，焚燒處理量反增是日本近年來生活垃圾焚燒的現(xiàn)狀，2006年日本生活垃圾年焚燒處理能力雖維持在4031萬噸的水平，但比例已提高到78.4%[5]。1.3.3國內(nèi)垃圾焚燒技術應用隨著國民經(jīng)濟和城市建設的發(fā)展，我國許多經(jīng)濟比較發(fā)達的城市開始引進國外先進的焚燒工藝和設備來處理城市生活垃圾。國內(nèi)第一個垃圾焚燒發(fā)電廠在1987年投入運行，垃圾焚燒發(fā)電在“九五”期間得到一些城市特別是南方大中城市的重視。20世紀80年代后期,深圳垃圾發(fā)電廠從日本引進了逆推式機械爐排焚燒爐技術，拉開了我國城市生活垃圾現(xiàn)代化焚燒技術的序幕[4]。有一些不同爐型的焚燒爐相繼從國外引進，如珠海環(huán)衛(wèi)綜合廠引進美國焚燒技術于2000年投產(chǎn)，上海浦東御橋垃圾焚燒廠引進法國焚燒技術于2001年投產(chǎn)運行，哈爾濱垃圾焚燒廠引進日本流化床技術于2002年竣工投產(chǎn)。與此同時，國內(nèi)也開發(fā)出了很多不同容量、不同工作原理的生活垃圾焚燒爐，如常州三立開發(fā)的100噸型傾斜翻版鏈條爐排焚燒爐，中科院開發(fā)的100噸循環(huán)流化床,浙江大學開發(fā)的150噸異重循環(huán)流化床焚燒爐。截至2007年底，中國垃圾焚燒發(fā)電廠總數(shù)已達75座，其中建成50座，在建25座。2008年，上海1億千瓦時垃圾發(fā)電項目、成都九江環(huán)保發(fā)電廠、溫嶺35千伏垃圾焚燒發(fā)電廠、邯鄲市垃圾填埋氣回收利用發(fā)電項目等項目已陸續(xù)開工建設。全國各地垃圾發(fā)電項目遍地開花，垃圾發(fā)電技術逐漸成熟，設備國產(chǎn)化進程加快。1.4垃圾焚燒原理及焚燒技術1.4.1燃燒機理完全燃燒或理論反應式如下：式中：為可燃物質(zhì)化學組成式。經(jīng)過焚燒處理，生活垃圾、危險廢物和輔助燃料中的碳、氫、氧、氮、硫、氯等元素，分別轉(zhuǎn)化為碳氫化合物、氮氧化合物、硫氧化合物、氯化物及水等物質(zhì)組成的煙，不可燃物質(zhì)、灰分等成為爐渣。焚燒爐煙氣和殘渣是固體廢物焚燒處理的最主要污染物。1.4.2焚燒原理生活垃圾和危險廢物的燃燒稱為焚燒，是包括蒸發(fā)、揮發(fā)、分解、燒結、熔融和氧化還原等一系列復雜的物理變化和化學反應，以及相應的傳質(zhì)和傳熱的綜合過程。進行燃燒必須具備：可燃物質(zhì)、助燃物質(zhì)和引燃火源，并在著火條件下才會燃燒。可燃物質(zhì)燃燒是一系列十分復雜的物理變化和化學反應過程，通常將焚燒過程分為干燥、熱分解、燃燒三個階段。焚燒過程實際上就是干燥脫水、熱化學分解、氧化還原反應的綜合作用過程。干燥是利用焚燒系統(tǒng)熱能，使入爐固體廢物水分汽化，蒸發(fā)的過程；熱分解是固體廢物中的有機可燃物質(zhì)，在高溫作用下進行化學分解和聚合反應的過程；燃燒是可燃物質(zhì)的快速分解和高溫氧化過程。1.4.3焚燒技術焚燒技術主要包括：層狀燃燒技術、流化燃燒技術和旋轉(zhuǎn)燃燒技術。(1)層狀燃燒技術層狀燃燒技術是最基本的焚燒技術。層狀燃燒過程穩(wěn)定，技術較為成熟，應用非常廣泛，其系統(tǒng)包括固定爐排焚燒爐、水平機械焚燒爐、傾斜機械焚燒爐等。垃圾在爐排上著火燃燒，熱量來自上方的輻射、煙氣的對流以及垃圾層內(nèi)部，在爐排上著火的垃圾在爐排和氣流的翻動或攪動作用下，使垃圾層松動，不斷的推動下落，促進垃圾的著火和燃燒。(2)流化燃燒技術流化燃燒技術是較為成熟的固體廢物焚燒技術，它利用空氣流和煙氣流的快速運動，使媒介料和固體廢物在焚燒過程中處于流態(tài)化狀態(tài)，并在流態(tài)化狀態(tài)下進行固體廢物的干燥、燃燒和燃燼，采用流化燃燒技術的設備有流化床焚燒爐。(3)旋轉(zhuǎn)燃燒技術旋轉(zhuǎn)燃燒技術主要設備是回轉(zhuǎn)窯焚燒爐?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐是一種可旋轉(zhuǎn)的傾斜鋼制圓筒，桶內(nèi)加裝耐火襯里或由冷卻水管和有孔鋼板焊接成的內(nèi)筒。在進行廢物燃燒時，廢物從加料端進入，隨著爐體的轉(zhuǎn)動沿內(nèi)壁耐高溫板將廢物由筒體下部帶到筒體上部，然后靠廢物自重落下，使固體廢物由加料端向出料口翻滾、向下移動，同時進行固體廢物熱煙干燥、燃燒和燃燼過程。1.4.4影響焚燒的主要因素固體廢物的焚燒效果，受許多因素的影響，如焚燒爐類型、固體廢物性質(zhì)、物料停留時間、焚燒溫度、供氧量、物料的混合程度等。進行固體廢物焚燒處理，要求固體廢物有一定的熱值，固體廢物熱值越高，越有利于焚燒過程的進行，越有利于回收利用固體廢物燃燒熱能或進行發(fā)電，一般城市生活垃圾的含水量≦50%，低位發(fā)熱值多在3350～8374kJ/kg。焚燒溫度對焚燒處理的影響，主要表現(xiàn)在溫度的高低和焚燒爐內(nèi)溫度分布的均勻程度，焚燒溫度